Правда о цирклотроне... вся правда, и ничего, кроме правды...
(с) klausmobile 2002
Не так давно на разгорелась, не без участия автора, дискуссия про бестрансформаторные усилители вообще, и цирклотрон (circlotron) в частности. Автор оказался в меньшинстве... большинство же утверждало коллективную точку зрения на то, что...
Вот такие вот утверждения, на грани третьей стадии статистики. Давайте разбираться по пунктам. Для начала разберемся, что такое цирклотрон и что такое бестрансформаторный усилитель... лица, не поступающихся принципами, могут дальше не читать.
В основе цирклотрона - двухтактный мостовой силовой каскад, в котором токи источников питания перекрестно замыкаются через нагрузку. Результирующий ток нагрузки равен разнице токов двух плеч. Вот так выглядит (именно так) выглядит бюджетный цирклотрон Electro-Voice А20 1956 года выходной мощностью 20 Ватт (выходной и предвыходной каскады). Аналогичная конструкция на отечественных приборах опубликована в Радио, N9, 1963 год.
Ну и где же здесь бестрансформаторный каскад, спросит оппонент? A кто ему сказал, что цирклотрон - обязательно бестрансформаторный? Ну точно не я, это господа оппоненты сами выдумали, все вопросы к ним... А равно и по поводу транзисторной топологии.
Нагрузка может быть непосредственно акустической системой (как в современных цирклотронах Atma-Sphere, Tenor Audio). Может быть - автотрансформаторной (используется и в заводских конструкциях, и многими пользователями "чисто бестрансформаторных" цирклотронов). Можно, наконец, замкнуть нагрузку через аноды,
а сам цирклотрон сделать однотактным, вот так:
Ну? Ничего не напоминает? Ну ладно, далее будем говорить только о классическом симметричном цирклотроне. С нагрузкой в катодах.
Мы уже упомянули дату - 1956. События развивались так (поклонников новых хронологий предупреждаю - даты настояшие!)
Патенты Уиггинса и Койкки немедленно реализовались в промышленные изделия под марками Electro-Voice (CША) и Voima Radio (Финляндия). Более подробно история рассказана на , откуда эта информация и получена автором. Благо, есть еще люди на свете, передающие информацию, взятую не с потолка, а из патентных библиотек...
Действительно, новомодная технология...
Почему схема в свое время не распространилась по всему свету? В изначальном трансформаторно-пентодном варианте ее единственное преимущество перед традиционными пушпулами - низкое выходное сопротивление со стороны катода упрощает конструкцию трансформатора. Все остальные "достоинства" пентодного пушпула - налицо (обязательная ООС, Вильямсоновские каскады, не менее двух пар разделительных емкостей и т.п.). А существенный минус - двойной комплект обмоток, выпрямителей и фильтров - не позволял конкурировать в цене с традиционными конструкциями. Ведь тогда не было хаенда, и борьба шла за каждый доллар, а не число нулей в цене. Квантовый скачок к полностью бестрансформаторной схеме требовал перехода на качественно другой ценовой уровень, тем более при тогдашних комплектующих - напомню, что напряжения в бестрансформаторном усилителе ламповые, а токи - транзисторные, так что стоимость полновесного фильтра питания (10-40 тысяч мкФ * 200В на канал) и сегодня совсем не детская... В общем, не прижилось дитятко. Новая жизнь цирклотрона началась примерно в 1982 году (умер Брежнев, сбили Боинг, разместили Першинг, выпустили Novacron).
Кстати, о двойном комплекте источников питания. Он практически неизбежен в усилителях мощности, а вот в балансном предусилителе Ральфа Карстена (патент США 6242977) - полноценном цирклотроне с прямым выходом (120В пик-пик, не шутка!) на 600-омную линию - обошлось одним комплектом выпрямителей. Как? не просто, а очень просто... кто не догадался, зайдите в патентную библиотеку, не мне Вас учить. В ламповом оконечнике такое тоже возможно... пара емкостей и пара (лучше - две пары) МДП-транзисторов на хар-роших радиаторах.
Теперь разберемся со стеблями. Сложно сказать, почему в головах оппонентов засели такие ботанические познания (разработчики "стеблей" предпочитали этнографические термины из жизни коренных народов США). Как показал следственный эксперимент, стеблем названа схема Футтермана-Розенблита (практически, в нынешнее время производится только Розенблитовский вариант - первоначальная схема Футтермана оказалась ненадежной и не использовала в должной мере низкое выходное сопротивление со стороны катода). Вот он, стебель, не имеющий ничего общего с цирклотроном.
Cхема Ф-Р уверенно работает только с обратной связью (не менее 12дБ). Без ООС она неработоспособна - выходное сопротивление со стороны катода и анода разное, второй гармоники будет много даже по хаендным стандартам. Вот только предварительных каскадов надо 3, а в цирклотроне достаточно одного.
И, ко всему прочему, предоконечный каскад в схеме Ф-Р видит совершенно разные емкости нагрузки. В цирклотроне же оба плеча симметричны, и проблем с разным сдвигом фаз нет. Килогерц так до сотни.
По постоянному току - и в цирклотроне, и в "стебле" - необходимо два независимых источника смещения выходного каскада. Действительно, при прямом подключении акустики разница в токах плеч замыкается через нее. Но на практике, при максимальном токе плеча в 0.5А (восемь 6Н13С или 4 6С33С на канал) - даже при полном выходе из строя одного плеча через нагрузку потечет ровно пол-амперы. В жизни - добиться разбаланса исправных плеч больше 1/3 тока покоя при исправных лампах не смогут даже самые заслуженные оппоненты и радиогубители. А можно ли убить акустику постоянным током в 100-200 мА? В крайнем случае, если отказало одно плечо, а в другом - сетки сели на землю, тут извините - должны сработать предохранители. Оппоненты, вы знаете, что это такое?
А при автотрансформаторной связи вопрос о постоянке в нагрузке вообще неуместен. При сопротивлении полной обмотки в 1 Ом от каждого катода до земли - ровно половина Ома, а на выходном зажиме - четверть Ома... перемножаем на 0.5А, получаем 125мВ в худшем случае.
Теперь об ООС. Цирклотрон без ООС на традиционных "стабилизаторных" лампах
Первые - трансформаторные - цирклотроны Electro-Voice работали только с ООС. Экономичности ради в них использовались пентоды, причем с перекрестным питанием экранирующих сеток, из них выжимали все, что можно. Современный цирклотрон те же 20Вт снимает не с пары 6П6С, а с восьми 6Н13С. Так что вопрос нелинейных искажений, пресловутой третьей гармоники стоит не на первом Ватте, и даже не на десятом... А, кстати, что произойдет на десятом Ватте с однотактником на трехсотке? Это не ругани ради, это просто чтоб представить разницу в масштабах.
Теперь о классе А и АБ. Тут путаются и неизлечимые оппоненты, и даже вполне грамотные люди. Дальше - для грамотных! Рассмотрим реальный цирклотрон (Мамонт 1), 8 ламп 6Н13С на канал, нагрузка 8 Ом. Зададим ток покоя на триод - 75мА (всего - 1.2А, смещение при этом около -60В). При какой выходной мощности каскад перейдет из класса А в класс Б? Ограничимся синусоидой на входе для простоты примера. Моделирование в EWB 5.12 достаточно точно отражает суть процесса.
Традиционная логика говорит - при мгновенном токе нагрузки 0.6А (эффективное напряжение на нагрузке 3.4В, мощность - 1.5 Вт) одно плечо полностью закроется. 6Вт маловато будет. А теперь посмотрим, как на самом деле ведут себя токи плеч (возбуждение 9.2В эфф, выходное 3.4В эфф):
Ничего не закрывается! Ведь под катодом - не земля и не катодный конденсатор, а половина нагрузки! Закон трех вторых не забыли? Увеличиваем возбуждение, приближаемся к отсечке.
Опа! вот уже можно включать секундомер. На сетках - 20В эфф, на нагрузке - 7.3 В эфф, мощность в нагрузке - 6.6Вт. Вот это примерно и есть граница классов А-АБ. Теперь увеличим сопротивление нагрузки до 16 Ом при неизменном сеточном возбуждении. Форма тока вернется в класс А (примерно как на первом графике), на нагрузке - 10.7В эфф, или практически те же 7.0 Вт. Граница же А-АБ сместится к 13Вт на выходе (14.4 В эфф на нагрузке). Да, схема любит высокие сопротивления нагрузки, я предупреждал. А кто их не любит..
И никаких проблем с трансформатором в отсечке. Отсечка в жизни, кстати, менее резкая чем на идеальных моделях - лампа закрывается не так охотно.
Ну и наконец, как оно звучит? Оппоненты, честно скажите - какой цирклотрон, когда и в какой системе Вы слушали? Мамонт - всегда готов к Вашим услугам. Приходите, поругаем вместе...
Ccылки и благодарности
Современные цирклотроны Ральфа Карстена и
История цирклотрона
Разбор полетов и топологий на
Index in Russian - Index in English - Mail
